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LANケーブル工作実習
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Naoya Niwa
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灘校パソコン研究部 2014年夏合宿で行った、LANケーブル工作実習で使用したスライド。
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LANケーブル工作実習
1.
LANケーブル工作実習 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
2.
自己紹介 丹羽直也 65回生
OB 慶應義塾大学 理工学部 1年(学科は2年から) 情報処理技術者試験 2011年春期 応用情報技術者試験 2011年秋期 ネットワークスペシャリスト Twitter @mine_studio その他の情報は http://mine02c4.nagoya/ http://ぴょんぴょん.com/ でもつながります 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
3.
概要 この実習の目的や流れを説明します 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
4.
目的 現在最も普及しているLAN向けのケーブルであるツイストペアケーブルを題材 に工作実習を行います。 実際にLANケーブルを切断し、中を見たり、コネクタを取り付けることで、通 信の基礎技術と電磁気学との関係を学び、通信工学の扉に触れます。 灘校パソコン研究部
2014年夏合宿 3日目
5.
流れ LANケーブルに関するミニ講義 工作の説明 工作 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
6.
IEEE 802.3 Ethernet 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿
3日目
7.
IEEE 802.3(Ethernet) いわゆる「有線LAN」の仕様を定めている規格
1972年にXerox社 パロアルト研究所で開発された「Alto Alohaネットワーク」が 前身 これをBob Metcalfeが「Ethernet」と名付けた 19世紀に光の媒質と考えられていた「エーテル(ether)」から名前をとった Ethernetが通信する様子が情報伝搬における媒質に似てると考えた エーテル自体は1887年にマイケルソン・モーリーの実験で反証されている 高校物理でやります 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
8.
1000BASE-T(IEEE 802.3ab) 今回は1Gbpsで通信が行える1000BASE-Tが動作するようなケーブルを制作する
確認:1Gbpsは1秒間に1Gビット 以下の仕様を満たしたケーブルを要求 ISO/IEC 11801 Class D ANSI/EIA/TIA-568-A Category 5 ANSI/TIA/EIA TSB-95 (これは品質テストに関する規格) 4対のシールド無しツイストペアケーブル(UTP)で、100MHzの信号に対する特性 インピーダンスが100Ωであるもの。 クロストークに関する制約など様々な性能特性も求められる。 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 TIA/EIAの方で置き換えられた (後述)
9.
ANSI/EIA/TIA-568-AとCategory 5 ANSI/EIA/TIA-568の改訂(Revision)Aという意味(後述するT568Aと意味が違う)
2001年に改訂Bに置き換えられ、2009年に改訂Cに置き換えられた。 といっても、文書は分割されているので、徐々に置き換えられた 改訂Bの時点で、Category 5はlegacy(遺物)として位置づけられ、非推奨となり、 Category 5eに置き換えられた 当初、調達の関係からCategory 5の予定だったが、急遽Category 5eで実習を行う ことになったため、資料に矛盾があるかも知れない。 手本の写真はCategory 5 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
10.
ツイストペアケーブル 一対(二本)の導線を撚り合わせた ケーブル 撚り合わせることにより外部にノ イズを出したり、外部のノイズの 影響を受けにくくなる
原理は予習向けの資料に書いてある 1000BASE-Tはこれを4対要求してお り、4対とも使用する 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
11.
8極プラグ(8ピンコネクタ) ISO/IEC 603-7準拠の8-Position Unkeyed
plug よくRJ-45と間違えられる RJ-45の仕様は追ってないが、最低 でもTIA-568-BにRJ-45という記述は なかった よく爪がぴょんぴょんして折れて しまうので取り扱い注意 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
12.
結線順序(ピン番号) 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 1 8
13.
結線順序(T568A) ピン番号 色 ペア(tip,
ring) (参考)1000BASE-T PMA信号の割り当て 1 白緑 T3 BI_DA+ 2 緑 R3 BI_DA- 3 白橙 T2 BI_DB+ 4 青 R1 BI_DC+ 5 白青 T1 BI_DC- 6 橙 R2 BI_DB- 7 白茶 T4 BI_DD+ 8 茶 R4 BI_DD- 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 実はT568B結線の方が普及しているが標準はT568Aである。本実習では標準を使う。
14.
カラーコード ケーブルの銅線を識別しやすくす るために決まった色分けがされて いる ペアごとにプライマリカラーとセ カンダリカラーが決まっている
tipにプライマリカラーを基本にセ カンダリカラーの縞模様を入れる ringはセカンダリカラー単色 例えば第1ペアのプライマリカラー は白でセカンダリカラーは青 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 T1:白青 例:第1ペア プライマリカラー 白 セカンダリカラー 青 R1:青
15.
TIA/EIA-568-B≠T568B “T568B”は結線順序の名前であり、規格名であるTIA/EIA-568-Bの略称ではない TIA/EIA-568-Bでも標準はT568AでありT568Bはオプションである 灘校パソコン研究部
2014年夏合宿 3日目
16.
全体像(1セグメント) 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 Category
5e UTP T568A T568A Class D UTP 4対 最長100m 8極プラグ MDIMDI 8極プラグ PMAPMA 今回製作する範囲 NIC スイッ チング ハブ
17.
工作の説明 具体的な工作の手順 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
18.
用意するもの カテゴリ5 UTPケーブル
適当な長さ1本 8極プラグ 2個 保護カバー 2個 工具等 かしめ工具 ←3つ用意したのを共用 テスター ←2つ用意したのを共用 はさみ ←各自用意 持ってきたよね? 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
19.
かしめ工具(圧着工具) LANケーブル工作において主役とな る工具 名前通りコネクタの圧着はもちろ ん、被覆除去(ストリップ)や切断も 出来る
刃が付いているので取り扱い注意 安いのはAmazonで2,3千円 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 圧着 切断 被覆 除去
20.
切断及び被覆除去 ものによるが、かしめ工具の刃に 切断用と被覆除去用の部分がある 場合がある。 ただし、今回ははさみで代用しま す…m(_
_)m 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 ぴったり閉じても隙間があく。 これは被覆除去用。 ぴったり閉じる。 こちらは切断用。
21.
ちなみに 矢印のところも被覆除去に使える が、360度回す必要があるので使い にくい。 一周した時にずれて綺麗に切れない
好みの問題かもしれないが… 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
22.
工作の流れ 切断 被覆除去 保護カバー装着 • 先付けの場合 銅線の整列
圧着 テスト 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
23.
切断 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
24.
保護カバー装着 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
25.
被覆除去 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 この時、一番外の被覆だけを 切るようにする。 中の銅線を傷つけてしまうと、 最悪の場合導通しない。
26.
被覆除去後の様子 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
27.
銅線の整列 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 広げる
ほどいて並べる
28.
とりあえずプラグに入れる 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 素手だとまっすぐにならないので、 とりあえずプラグに入れる。 撚り戻しの長さは短いほうが良い ここをもう少し詰める
29.
切って揃える 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
30.
プラグに入れる 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 撚り戻しが可能な限り短いことを確認する。 カテゴリ5では13mm以内…となっているが、 安いコネクタでは不可能な場合が多い。 結線順序を再確認
31.
圧着 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
32.
圧着後 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 端子が銅線の被覆を突き破る ことによって導通する ケーブル固定具が押し込まれて、 ケーブルを固定する
33.
テスト 本来ならばミニ講義で説明したとおり、TIA-568(カテゴリ5はTSB-95)にしたがっ て品質テストをしなければならないのですが… 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿
3日目 Fluke社の標準に準拠したテストが出来るDTX-1800 Amazonでいくらでしょう? DTX ケーブルアナライザー – ネットワーク・ケーブル認証試験用テ スター|フルーク・ネットワークス http://jp.flukenetworks.com/datacom-cabling/copper-testing/dtx- cableanalyzer-series より引用
34.
DTX-1800の価格 (2014/08/12時点) もちろんこんなのは用意できません…
本実習では導通チェックをする程度の簡 易テスターと、実際にNTttcpを使って通 信させて、スループットなどを確認する http://gallery.technet.microsoft.com/NTttcp -Version-528-Now-f8b12769 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
35.
ちなみに… ThinkPad Xシリーズのようなハイエンド機だと、NICにIntel製のチップを採用し ており、ケーブルのテストを行うことが出来る。
この場で誰か持っていたら使わせてほしいなぁ… 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
36.
完成 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 こころぴょんぴょん!では工作を始めましょう!
37.
ケーブルの品質 良いケーブルを作るには? 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
38.
ケーブルの目的と品質 信号を正確に伝えること 信号が誤って届く状態はケーブルの目的をきちんと達成できていない
「品質が低い」 では、信号が誤って届く原因とはなんだろう? 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
39.
Ethernetにおける信号 各ペアごとの銅線間の電位差で伝える {-1,-0.5,0,+0.5,+1}/V
の5値。詳しくは追加説明で これがお互いに識別できなくなった時に信号が誤って届く 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
40.
原因 減衰 主に電気抵抗
雑音(ノイズ) 電磁誘導等で発生する信号以外の電圧 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 こっちに注目 工作じゃどうにもならない
41.
雑音(ノイズ) 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
42.
雑音の原因 磁場の変化によって電圧が発生する(電磁誘導) その磁場の変化を起こすのは何? 灘校パソコン研究部
2014年夏合宿 3日目
43.
いろいろあるけど… 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
隣接している銅線が最も近く、高周波信号が流れているため、非常に大きな影 響を与える
44.
漏話(Crosstalk) 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
45.
漏話(Crosstalk) 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
46.
漏話(Crosstalk) 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
47.
重要なのはコネクタの撚り 逆に撚りが無いコネクタ部分での漏話が大きな問題となる。 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿
3日目
48.
3,4番ペア 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 この辺りから見るとある程度打ち消し合う
49.
1,2番ペア 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 この辺りから見ると加算される
50.
追加説明 余裕がある人向け 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
51.
1000BASE-T PHY(Physical Layer) IEEE
802.3ab 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
52.
階層モデル(1000BASE-T) 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 OSI参照モデル IEEE802.3ab EIA/TIA-568
53.
PCS(Physical Coding Sublayer)
送信時にGMIIからのデータを受け取り、PMAに対して符号化した情報を渡す 受信は逆 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目 GMII (𝐴 𝑛, 𝐵𝑛, 𝐶 𝑛, 𝐷 𝑛) PCS それぞれが{−2, −1,0, +1, +2}の 5値のうちどれかを取る PMA MDI 8B1Q4 + 4D-PAM5 8ns毎に転送
54.
8B1Q4 + 4D-PAM5
8ビットの情報に冗長ビットを1つ加えて9ビットとし、それを5値4組のベクト ルに変換する。(8B1Q4) 9bit:512通り 5値4組:625通り 収まる これを8nsごとに行うと、1Gbpsになる 得られたベクトルを4組の銅線それぞれに割り振って5値の電圧で出力する 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
55.
参考文献 IEEE. 802.3-2012
- IEEE Standard for Ethernet - Section 3. 2012, 358p. http://ieeexplore.ieee.org/servlet/opac?punumber=6419733 (有料) 主にClause 40 “Physical Coding Sublayer (PCS), Physical Medium Attachment (PMA) sublayer and baseband medium, type 1000BASE-T”から Spurgeon, Charles. 詳説イーサネット. 柏木由美子訳. 東京, オライリー・ジャパン, 2000, 501p. 原著 ”Ethernet: The Definitive Guide” の第二版が2014年4月に発売されたので、こちら の翻訳も出るかも…?(ちなみに、初版は半年遅れで出ている) 灘校パソコン研究部 2014年夏合宿 3日目
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